필터회로

myblack·2025년 1월 22일

회로이론

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EMI(전자기 간섭) & EMC(전자기 적합성)
전자 기기가 정상적으로 작동하려면 전자기 간섭(EMI)을 최소화하고, 전자기 적합성(EMC)을 준수해야 한다.

전자기 간섭 (Electromagnetic Interference)
EMI란 한 전자기기에서 발생한 전자기파(전기장/자기장)가 다른 기기의 작동에 부정적인 영향을 주는 현상. EMI가 심하면 신호 오류, 노이즈 발생, 기기 오작동 등의 문제 발생

EMI의 주요 원인

스위칭 노이즈(Switching Noise)
고속 신호 전송 및 고전류 스위칭 시 발생하는 간섭.
예: SMPS(Switching Mode Power Supply), 인버터, 모터 드라이버 등.
PCB 설계 문제
트레이스 길이가 길거나 신호 라우팅이 잘못되면 EMI가 증가.
신호가 빠른 클럭(Clock) 또는 고속 디지털 신호일 경우 EMI가 심해짐.
무선 신호 간섭 : Wi-Fi, Bluetooth, 4G/5G 등의 RF 신호가 다른 전자 기기에 영향을 줌.
외부 환경 요인 : 고압 송전선, 전기 모터, 레이더 등의 강한 전자기파가 전자 기기에 영향을 줌.

EMI의 유형

전도성 EMI (Conducted EMI)
전력선이나 신호선을 통해 전파되는 간섭.
전원선(AC/DC)이나 PCB 트레이스를 따라 전파됨.
해결 방법: 필터링(Ferrite Bead, LC 필터, EMI 필터)
복사 EMI (Radiated EMI)
공기 중으로 방사되는 전자기파가 다른 기기에 영향을 줌.
해결 방법: 실드(Shielding), 접지(Grounding), PCB 레이아웃 최적화

전자기 적합성
(Electromagnetic Compatibility)

EMC의 주요 목표

전자기 방출(EMI Emission) 최소화
기기가 외부로 방출하는 EMI를 줄여 다른 기기에 영향을 주지 않도록 함.
전자기 내성(EMS, Electromagnetic Susceptibility) 향상
외부 EMI에 의해 기기가 오작동하지 않도록 보호.

EMC 테스트 종류

전도 방출(Conducted Emission, CE) 테스트
전원선 및 신호선을 통해 전파되는 EMI를 측정.
복사 방출(Radiated Emission, RE) 테스트
공기 중으로 방출되는 EMI를 측정.
전도 내성(Conducted Immunity, CI) 테스트
전원선에 노이즈를 주입하여 기기의 내성을 확인.
복사 내성(Radiated Immunity, RI) 테스트
외부에서 강한 전자기 신호를 가해 기기의 동작 여부를 확인.
정전기 방전(ESD, Electrostatic Discharge) 테스트

정전기 충격(수 kV 이상)에도 기기가 정상적으로 동작하는지 확인.

EMI 필터는 전자기 간섭(EMI)을 줄이기 위해 사용하는 필터
전원선이나 신호선에 침투하는 외부 전자기파(노이즈)를 차단하거나 감소
반대로, 회로에서 발생하는 노이즈가 외부로 나가는 것도 막아줌

EMI 필터의 구성 요소
인덕터 (코일): 고주파 노이즈를 차단하는 역할을 합니다.
콘덴서 (커패시터): 고주파 노이즈를 접지로 우회시켜 제거합니다.
보통 LC(인덕터 + 커패시터) 조합으로 구성돼 있어요.

RC LPF (Low Pass Filter)

Low pass filter는 신호의 고주파 노이즈를 제거하기 위해 주로 사용된다.

위 회로에서
Vout = Vin * Xc ( R + Xc ) 이므로 간단하게 표현하면
Vout = 1 / (1 + jwRC) * Vin 이다. (w = 2πf)
wc-> ∞ 로 간다면 고주파수에서 0 으로 수렴한다.

파형

저주파 대역에서는 전압이득이 최대 전압이득값이 유지 되며 저주파 차단주파수 이후로는 전압이득이 감소, 출력값이 줄어듬.
저주파 차단주파수 ωc는 전압이득보다 -3dB만큼 낮은 지점에서 형성.
차단주파수 : 전력이 1/2가 되는 주파수 지점.
전력식 dB화 10log(출력전력/입력전력)
출력전력/입력전력 0.5일때 10 log(0.5)= -3dB. (0.707V)

RC HPF (High Pass Filter)